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Manteau source et genèse des magmas parents des carbonatites (les principaux gisements de REE sur Terre)

Thèse de doctorat - date limite de candidature 31 mai 2017 (POSTE POURVU)

Titre sur le site de l’école doctorale

Elaboration du premier modèle de genèse des principaux gisements de REE sur Terre : les carbonatites

Discipline(s) / mots-clés

Géosciences ; Ressources Minérales / Terres rares (REE) ; carbonatites ; manteau ; pétrologie ; géochimie ; isotopes ; pétrologie expérimentale ; magma parent

Nom des directeurs de projet doctoral

Lydéric France (lyde@crpg.cnrs-nancy.fr) ; CRPG-Nancy
Etienne Deloule ; CRPG-Nancy
Evelyn Füri ; CRPG-Nancy
Didier Laporte ; LMV-Clermont-Ferrand

Résumé du projet

Les Terres Rares (REE) sont une famille d’éléments chimiques d’importance stratégique à critique qui sont utilisés dans de très nombreux produits industrialisés (batteries, catalyseurs, éoliennes...) dont >90% de la production est assurée par la Chine. Suite à la décision Chinoise en 2010 de réduire drastiquement les exportations, les cours se sont envolés, et les différents pays industrialisés revisitent leurs réserves. Les gisements exploités (ou dans une phase avancée d’exploration) sont associés à des magmas carbonatitiques ou aux magmas alcalins associés. L’origine et l’évolution de ces magmas demeurent l’une des énigmes de la pétrologie magmatique, la science étudiant les magmas. Le présent projet de thèse vise à apporter de nouvelles contraintes fortes sur la formation de ces magmas, et sur l’origine de leur enrichissement en REE ; ce projet sera totalement intégré, et co-financé par l’ANR GECO-REE. L’approche de GECO-REE est de conduire la première étude intégrée, depuis la source mantellique des magmas carbonatitiques [genèse] jusqu’au produit final enrichi en REE [évolution], en utilisant le seul système magmatique carbonatitique actif sur Terre, le volcan Oldoinyo Lengai (Tanzanie) qui représente un laboratoire naturel où les étapes successives d’enrichissement en REE sont enregistrées. Le projet de thèse présenté ici sera focalisé sur la genèse avec 1/ la caractérisation pétro-géochimique, et isotopique du manteau source, 2/ l’identification de ses spécificités par rapport à des domaines mantelliques qui n’aboutissent pas à la formation de carbonatites, 3/ la reproduction expérimentale de la fusion de ce manteau et de la formation des magmas parents des carbonatites.

Constat scientifique à l’origine du projet

Aucun modèle métallogénique intégré pour la genèse des gisements de REE n’existe à ce jour. L’objectif de GECO-REE est de produire à termes un tel modèle. Dans le cadre du présent projet de thèse, focalisé sur la partie genèse des carbonatites et/ou de leurs magmas parents, différentes controverses associés à des questions de premier ordre restent ouvertes. Parmi elles (i) le manteau source des carbonatites est-il enrichi en carbone ou non ? (ii) dans tous les cas, quelle est l’origine du carbone ? (iii) le manteau source des carbonatites est-il asthénosphérique (similaire au manteau source des basaltes océaniques de type MORB), ou lithosphérique et fortement métasomatisé ? (iv) les carbonatites sont-elles directement formées par la fusion du manteau ou dérivent elles par différenciation extrême de magmas parents silicatés ; (v) quelle est la composition des premiers liquides formés par la fusion du manteau présent dans les régions carbonatitiques ? (vi) ces magmas sont-ils déjà enrichis (et à quel degré) en H2O et surtout en CO2 ?

Le présent projet de thèse permettra de répondre à ces questions, incontournables pour la compréhension de la genèse des principaux gisements de REE que sont les carbonatites, et les résultats produits feront donc référence dans le domaine.

Description des travaux et objectifs recherchés

Le projet de thèse sera articulé en trois principaux volets : 1/ Une caractérisation pétrographique, géochimique et isotopique (Sr-Nd-Pb, C-H-O) d’échantillons de manteau (xénolithes) de la région (<20km) de l’Oldoinyo Lengai, ces échantillons provenant de 4 sites différents sont disponibles au CRPG ( 200 xénolithes récoltées durant la campagne de terrain 2014). 2/ Une approche basée sur la caractérisation élémentaire et isotopique (He, Ne, Ar) des gaz rares présents dans le domaine mantellique source des carbonatites. 3/ Une modélisation expérimentale du processus de fusion du manteau. Les volets 1/ et 2/ permettront de répondre aux questions i, i, iii, quand le volet 3/ permettra de répondre aux questions iv, v, vi. Les volets 1 et 2 apporteront la première caractérisation pétrographique de détail couplée à une approche multi-isotopique du manteau source des magmas carbonatitiques. L’analyse in-situ des isotopes légers permettra de plus d’apporter les premières contraintes fortes permettant de quantifier le métasomatisme important de ces domaines mantelliques. L’approche suivie pour le volet 3/ consistera à sélectionner, en se basant sur les résultats des volets 1 et 2, deux échantillons représentatifs du domaine mantellique et de les utiliser comme matériel de départ pour des expériences de fusion partielle qui seront effectuées en piston cylindre dans les conditions de pression, température, et d’oxydo-réduction caractéristiques du manteau source. Les produits des expériences documenteront les réactions qui sont impliquées lors d’un épisode de fusion, et pour la première fois, la composition (dont en CO2) des liquides parents des carbonatites qui sont produits pour différents degrés de fusion. Les volets 1 et 2 seront effectués au CRPG, le volet 3 au LMV.




publié jeudi 11 mai 2017